DE69804707T2

DE69804707T2 - Herstellung von Cellulosenahrungsmittelhüllen

Info

Publication number: DE69804707T2
Application number: DE69804707T
Authority: DE
Inventors: Ronald Joseph Jerantowski; Edward Makoto Kajiwara; Joseph Robert Walta
Original assignee: Viskase Corp
Current assignee: Viskase Corp
Priority date: 1997-03-27
Filing date: 1998-01-20
Publication date: 2002-11-14
Anticipated expiration: 2018-01-21
Also published as: BR9800591A; CA2223185C; DE69804707D1; EP0867120A1; ATE215782T1; JPH10272674A; MX9802394A; JP2895470B2; US5766540A; AU732483B2; ES2172863T3; EP0867120B1; AU5967898A; CA2223185A1

Description

Technisches Gebiet

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausbilden eines als Nahrungsmittelhülle geeigneten nahtlosen Zelluloseschlauches unter Verwendung einer Lösung aus nicht derivatisierter Zellulose, Tertiäramin-N-oxid und Wasser.

Hinterrund der Erfindung

Zellulosenahrungsmittelhüllen sind beim Stand der Technik wohlbekannt und werden in breitem Umfang bei der Herstellung von gestopften Nahrungsmittelprodukten wie z. B Würsten und ähnlichem verwendet. Zellulosenahrungsmittelhüllen sind im allgemeinen aus einer regenerierten Zellulose ausgebildete nahtlose Schläuche und enthalten einen Weichmacher wie z. B. Wasser und/oder ein Polyol wie z. B. Glyzerin. Das Weichmachen ist erforderlich, da der Zelluloseschlauch andernfalls ihr die Handhabung und kommerzielle Verwendung zu brüchig ausfällt.
Zellulosenahrungsmittelhüllen werden im allgemeinen in einer von zwei Formen verwendet. In einer Form besteht die Hülle aus einem Schlauchfilm von reiner regenerierter und nicht verstärkter Zellulose mit einer Wandstärke im Bereich von etwa 0,025 mm bis etwa 0,076 mm, der in Schlauchdurchmessern von etwa 14,5 mm bis 203,2 mm angefertigt wird. Die zweite Form ist eine verstärkte Hülle, wobei die Schlauchwand der Hülle aus einer an eine Papierbahn gebundene regenerierten Zellulose besteht. Derartige verstärkte Hüllen werden allgemein als "faserstoffartige" Hüllen bezeichnet, um sie von den nicht verstärkten Zellulosehüllen zu unterscheiden. Faserstoffartige Hüllen weisen eine Wandstärke in dem Bereich von 0,050 mm bis 0,102 mm auf und werden in Durchmessern von etwa 40,6 mm bis 193 mm oder mehr angefertigt. Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf die Herstellung des nicht verstärkten Typs von Zellulosehülle, die im folgenden einfach als "Zellulosehülle" bezeichnet wird.
Die Zellulose zur Hüllenanfertigung wird am häufigsten durch das wohlbekannte und sogenannte "Viskoseverfahren" hergestellt, wobei Viskose, ein lösliches Zellulosederivat, als ein Schlauchfilm durch eine ringförmige Form in koagulierende und regenerierende Bäder extrudiert wird, um einen Schlauch aus regenerierter Zellulose zu erzeugen. Dieser Schlauch wird nachfolgend gewaschen, mit Glyzerin oder einem anderen Polyol weich gemacht und getrocknet. Das Trocknen erfolgt üblicherweise, während der Schlauch mit Luft bei einem Druck aufgebläht wird, der ausreicht, um sowohl einen konstanten Schlauchdurchmesser beizubehalten wie um den Film auszurichten.
Die vorliegende Erfindung beteiligt ein alternatives Zelluloseherstellungsverfahren, in dem eine Zelluloselösung mittels einer einfachen Auflösung ausgebildet wird, anstatt dass die Ausbildung eines Zellulosederivats vor dem Ausbilden einer löslichen Substanz notwendig ist (wie in dem Viskoseverfahren). Ein Zelluloseauflösungsverfahren ist beispielsweise in US-A-2 179 181 beschrieben, wo eine natürliche Zellulose durch ein tertiäres Amin-N-Oxid aufgelöst wird, um Lösungen mit einem relativ niedrigen Feststoffgehalt herzustellen. Die Zellulose in der resultierenden Lösung ist insofern "nicht derivatisiert", als dass die natürliche Zellulose vorgängig vor der Auflösung zur Herstellung eines löslichen Zellulosederivats nicht chemisch zur Reaktion gebracht wurde, was beispielsweise in dem Viskoseverfahren auftreten würde. US-A-3 447 939 offenbart die Verwendung von N-methyl-Morpholin-N-oxid (NMMO) als das Tertiäramin-N-oxid-Lösungsmittel, wobei die sich ergebenden Lösungen trotz eines niedrigen Feststoffgehalts in chemischen Reaktionen benutzt werden können, die die aufgelöste Verbindung beteiligen, oder um die Zellulose zur Ausbildung eines Films oder einer Faser auszufällen.
Neuere Patentschriften wie z. B. US-A-4 145 532 und US-A-4 426 288 stellen Verbesserungen auf der Grundlage von US-A-3 447 939 dar.
US-A-5 277 857 offenbart ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Herstellen von Zellulosenahrungsmittelhülle aus einer Lösung, die nicht derivatisierte Zellulose, NMMO und Wasser enthält.
In US-A-5 277 857 wird nicht derivatisierte Zellulose in einem schmelzflüssigen Zustand als ein Schlauchfilm in eine Nichtlösungsmittelflüssigkeit wie z. B. ein Wasserbad extrudiert. In dem Wasserbad wird das NMMO-Lösungsmittel entfernt, um die nicht derivatisierte Zellulose zu regenerieren oder auszufällen. Dies führt zur Ausbildung eines Gelschlauchs, der mit Wasser, einem Polyalkohol wie z. B. Glyzerin oder einem anderen wasserlöslichen Weichmacher wie z. B. einem Polyalkylenoxid oder einem Polyalkylenglycol vor dem Trocknen behandelt wird.
Genauer werden in dem Herstellungsverfahren aus US-A-5 277 857 die folgende Schritte verwendet:
a) Bereitstellen einer Lösung, die nicht derivatisierte Zellulose in einem Aminoxid-Lösungsmittel aufweist;
b) Nach-Unten-Extrudieren der Lösung aus einer ringförmigen Öffnung zur Ausbildung eines nahtlosen Schlauches mit einem Durchmesser von mindestens 14,5 mm;
c) Nach-Unten-Durchleiten des extrudierten nahtlosen Schlauches aus Lösung nach unten aus der Öffnung zunächst durch einen Luftspalt und anschließend in ein Bad aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit;
d) Einleiten einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten nahtlosen Schlauches an einer Stelle unterhalb der ringförmigen Öffnung und oberhalb der Oberfläche des Bades aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit;
e) Nach-Unten-Strömen der Nichtlösungsmittelflüssigkeit im Zusammenwirken mit der Innenseite des sich nach unten bewegenden extrudierten nahtlosen Schlauches aus Lösung und Einströmen in das Bad, wenn sich der Schlauch durch den Luftspalt bewegt, und Inkontaktbringen der Innenseite des extrudierten nahtlosen Schlauches mit Nichtlösungsmittelflüssigkeit im Verlauf des zusammenwirkenden Stromes, um nicht derivatisierte Zellulose an der Innenseite von der Lösung auszufällen;
f) Beibehalten des extrudierten nahtlosen Schlauches aus Lösung in dem Bad, wobei dessen Innen- und Außenflächen in direktem Kontakt mit der Nichtlösungsmittelflüssigkeit stehen, wodurch die nicht derivatisierte Zellulose weiter aus der Lösung ausgefällt und ein nicht derivatisierter Zelluloseschlauch ausgebildet wird; und
g) Entfernen des nicht derivatisierten Zelluloseschlauches aus dem Bad und Inkontaktbringen des Schlauches mit einem wasserlöslichen Weichmacher.
In US-A-5 451 364 wird das in der früheren Patentschrift US-A-5 277 857 offenbarte Herstellungsverfahren durch die Entdeckung verbessert, dass ein Extrudieren der thermoplastischen Zelluloselösung durch einen langen Luftspalt die Eigenschaften des resultierenden Zelluloseschlauchfilms verbessert. Im einzelnen offenbart US-A-5 451 364, dass der Luftspalt länger als 152,4 mm sein und vorzugsweise eine Länge von 152,4 mm bis 304,88 mm und möglicherweise länger aufweisen sollte.
Beide Patentschriften US-A-5 277 857 und US-A-5 451 364 offenbaren weiterhin die Verwendung eines Dorns, der von der Extrusionsform absteht und um den herum die thermoplastische Zelluloselösung extrudiert wird. Dieser Dorn erstreckt sich durch den Luftspalt, wobei seine untere Endfläche unterhalb des Pegels des Bades aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit angeordnet ist. Der Dorn ist für den größten Teil seiner Länge ein schlanker Schaft. Der untere Abschnitt weist jedoch einen größeren Durchmesser auf und ist so groß wie oder größer als der Durchmesser des extrudierten Schlauchs, so dass er um den gesamten Innenumfang des extrudierten Schlauchs einen Kontakt herstellt. Der im Durchmesser kleinere Schaft des Dorns ist radial mit Abstand von der Innenseite des extrudierten Schlauchs angeordnet.
Der untere Abschnitt des Dorns mit großem Durchmesser dient zur Aufweitung des Schlauchs bei dessen Eintritt in das Bad. Da der vergrößerte untere Abschnitt des Dorns weiterhin den extrudierten Schlauch kontaktiert, stellt ersterer zusammen mit der Extrusionsform mit Zwischenraum angeordnete Auflagepunkte zur Stabilisierung und Verhinderung des Umherschweifens des extrudierten Schlauchs bereit.
Der Dorn wird auch zum Einleiten einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs verwendet. Eine Funktion dieser eingeleiteten Nichtlösungsmittelflüssigkeit besteht unter anderem darin, um den Umfang des unteren Abschnitts des Dorns herum eine Schmierung bereitzustellen, damit der extrudierte Schlauch daran gehindert wird, sich bei seinem Durchlauf über die Oberfläche des unteren Abschnitts zu binden oder zu blockieren, wenn er später flach gelegt wird.
Diesbezüglich wird eine Nichtlösungsmittelflüssigkeit oder ein "inneres Bad" durch Anschlüsse in dem Schaft des Dorns in das Innere des extrudierten Schlauchs eingeleitet. Anschließend fließt dieses innere Bad hinunter durch den Dorn und bildet dort einen Pool, wo der extrudierte Schlauch auf das vergrößerte untere Ende des Dorns trifft. Diese Poolbildung verteilt das Nichtlösungsmittel um den Dorn herum, so dass der gesamte Außenumfang des unteren Abschnitts des Dorns benässt wird. Dann fließt Nichtlösungsmittelflüssigkeit von dem Dorn ab und in das Bad innerhalb des extrudierten Schlauchs.
Mittlerweile hat sich gezeigt, dass ein noch längerer Luftspalt und Dorn die Eigenschaften des sich ergebenden Zelluloseschlauchfilms weiter verbessern. Allerdings sind bei einer Luftspaltlänge von über 304,8 mm und bis zu 500 mm oder mehr mit einer gemäß den Patentschriften US-A-5 277 857 und US- A-5 451 364 offenbarten Dornstruktur Probleme bei der Startphase des Extrusionsvorgangs aufgetreten.
Im einzelnen wird es mit einem Dorn, der länger als etwa 304,8 mm bis 381 mm ist, schwierig, das vordere Ende des extrudierten Schlauches entlang der gesamten Länge des langen Schafts des Dorns hinunter zu führen, ohne dass er die Domoberfläche berührt. Sollte der extrudierte Schlauch mit irgendeinem nicht geschmierten Bereich des Schafts des Dorns in Kontakt treten, haftet er sich sofort an den Dorn an und vereitelt den Start der Extrusion. Ebenfalls hat sich mit einem langen Dorn gezeigt, dass die Oberflächenspannung dazu führt, dass die durch den Dorn eingeleitete Nichtlösungsmittelflüssigkeit in Strömen entlang des Schafts des Dorns fließt, anstatt eine gleichförmige Beschichtung über die gesamte Oberfläche des Schafts des Dorns bereitzustellen. Somit liegen mit einem langen Dorn Abschnitte der Dornoberfläche vor, die von der schmierenden Nichtlösungsmittelflüssigkeit nicht bedeckt sind. Dementsprechend muss das vordere Ende des extrudierten Schlauches beim Hinunterziehen zu dem vergrößerten unteren Ende offen und mit Abstand zu der Dornoberfläche gehalten werden, um einen versehentlichen Kontakt mit jedem trockenen Bereich des Schafts des Dorns zu vermeiden. Ebenfalls bewirkt die Länge des Luftspalts von 381 mm bis 500 mm oder mehr ein Einschnüren des extrudierten Schlauches, wenn er durch die Schwerkraft nach unten fällt oder aus der Form gezogen wird. Dieses Einschnüren verringert den extrudierten Schlauchdurchmesser weiter, was den Abstand zwischen dem Schaft des Dorns und dem Innendurchmesser des extrudierten Schlauches weiter reduziert und die Wahrscheinlichkeit erhöht, dass jedes Bahnabweichen des Schlauches während der Extrusionsstartphase dazu führt, dass seine Innenseite einen trockenen oder nicht geschmierten Bereich des Schafts des Dorns kontaktiert und sich an die Dornoberfläche anhaftet. Ist das offene Ende des Schlauches über den vergrößerten unteren Bereich des Dorns gezogen, ist ein Kontakt zwischen dem Schlauch und dem Schaft weniger wahrscheinlich, da der Schlauch tatsächlich durch zwei mit Zwischenraum angeordnete Stellen abgestützt wird, namentlich an der Extrusionsform und an dem vergrößerten unteren Ende des Dorns.
Gleichfalls ist es wichtig, dass der extrudierte Schlauch so lange mit dem Nichtlösungsmittel nicht in Kontakt tritt, bis ein gleichförmiger Kontakt um den gesamten Innen- und Außenumfang vorliegt, wenn der Schlauch zuerst über das vergrößerte Dornende und anschließend in das Nichtlösungsmittelbad läuft. Es hat sich gezeigt, dass ein Punktkontakt zwischen der Innenseite des extrudierten Schlauches und dem eingeleiteten Nichtlösungsmittel entlang des Schafts des Dorns eine weiche Stelle in dem resultierenden Zellulosefilm erzeugt. Obwohl daher das Nichtlösungsmittel ein Anhaften des Schlauches an den Schaft des Dorns verhindert, ist es immer noch bevorzugt, dass keinerlei Kontakt zwischen dem extrudierten Schlauch und entweder einer nassen oder trockenen Oberfläche des Schafts des Dorns auftritt, bevor ersterer in den Pool aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit um das vergrößerte untere Ende des Dorns eintritt.
Noch ein weiteres Problem bei der Verwendung einer Dorns mit einer Länge von 381 mm bis 500 mm oder mehr besteht in der Tendenz des inneren Bads, aufgrund des Coriolis-Effekts in einem spiralförmigen Pfad hinunter und um den Schaft des Dorns herum zu fließen. Mit einem langen Schaft ist, wie oben beschrieben, der spiralförmige Fluss schnell genug, wodurch Tropfen des inneren Bades von dem Schaft weg und gegen die Innenseite des extrudierten Schlauches geschleudert werden. Dieser Punktkontakt beeinträchtigt wie zuvor erwähnt die Eigenschaften des sich ergebenden Zellulosefilms nachteilig.
Somit führt die Verwendung eines Luftspalts mit einer Länge von 381 mm bis 500 mm oder mehr zu verschiedenen Problemen. Eines besteht darin, wie das vordere Ende des extrudierten Schlauches leicht entlang dem langen Schaft des Dorns nach unten und über das vergrößerte untere Ende des Dorns gezogen werden kann, ohne dass es bei der Startphase mit irgendeinem trockenen oder nicht geschmierten Bereich der Dornoberfläche in Kontakt kommt. Ein weiteres Problem besteht in der Art und Weise der Einleitung des inneren Bades, so dass lange Tropfen vermieden werden, damit das innere Bad die Innenseite des extrudierten Schlauches nicht befleckt.
Die Probleme des möglichen Anhaftens an den Dorn oder eines Befleckens durch das innere Bad sind beim Extrudieren von Schläuchen mit kleinen Durchmessern bis zu etwa 12,7 mm schwerwiegender. Bei diesen Schlauchdurchmessern liegt ein kurzer Abstand zwischen dem Außendurchmesser des Dornschafts und dem Innendurchmesser des extrudierten Schlauches vor, wobei dieser Abstand durch die oben beschriebene Einschnürung des extrudierten Schlauches weiter verringert wird.
Dementsprechend besteht eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung in der Bereitstellung eines verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung zum Ausbilden eines nahtlosen Zelluloseschlauches aus einer extrudierten, thermoplastischen, nicht derivatisierten Zelluloselösung, wobei insbesondere die Extrusionsstartphase, in der die Extrusion durch einen langen Luftspalt vollzogen wird, erleichtert wird.
Eine weitere Aufgabe besteht in der Bereitstellung eines wie oben beschrieben verbesserten Verfahrens und einer verbesserten Vorrichtung, wobei das Ziehen des vorderen Endes des extrudierten Schlauches über einen sich durch den Luftspalt erstreckenden Dorn erleichtert wird.
Eine zusätzliche Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht in der Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Extrudieren einer thermoplastischen Zelluloselösung als ein Schlauch, wobei das Verfahren und die Vorrichtung einen ausfahrbaren Dorn für eine erleichterte Startphase des Extrusionsvorgangs verwenden.
Die vorliegende Erfindung beabsichtigt in einer bevorzugten Ausführungsform die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Nach-Unten-Extrudieren einer thermoplastischen, nicht derivatisierten Zelluloselösung durch einen langen Luftspalt und um einen Dorn herum, wobei das Beflecken der Innenseite des Schlauches durch eine die Dornoberfläche herabfließende Nichtlösungsmittelflüssigkeit verhindert wird.
Ebenfalls beabsichtigt die Erfindung in einer weiteren bevorzugten Ausführungsform die Bereitstellung eines Verfahrens und einer Vorrichtung zum Extrudieren eines aus einer thermoplastischen, nicht derivatisierten Zelluloselösung bestehenden nahtlosen Schlauches unter Verwendung einer Dornstruktur, welche den Fluss eines inneren Nichtlösungsmittelbades in langer Topfenform vermeidet.

Zusammenfassung der Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum Ausbilden eines nahtlosen Zelluloseschlauchfilms aus einer thermoplastischen Lösung bereitgestellt, die aus einer nicht derivatisierten Zellulose, einem Tertiäraminoxid-Zelluloselösungsmittel und Wasser besteht, wobei im Zuge des Verfahrens:
a) die Lösung nach unten von einer ringförmigen Form in ein äußeres Bad einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit extrudiert wird, um einen nahtlosen extrudierten Schlauch der Lösung zu bilden, wobei das Extrudieren durch einen Luftspalt von mindestens 304 mm gemessen zwischen der Form und der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad erfolgt;
b) das Extrudieren um einen Dorn erfolgt, der von der Form nach unten absteht und einen Schaft mit kleinem Durchmesser und ein größeres unteres Ende aufweist, wobei der Schaft des Dorns aus der Form ausfahrbar ist, um den Abstand des unteren Endes des Dorns von der Form zu verändern;
c) der Schaft des Dorns in die Form zurückgezogen wird, um das untere Ende des Dorns in dem Luftspalt derart anzuordnen, dass das untere Ende des Dorns oberhalb der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad liegt;
d) mit dem Extrudieren des nahtlosen Schlauchs begonnen wird, wenn das untere Ende des Dorns oberhalb der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem Bad angeordnet ist;
e) das vordere Ende des extrudierten Schlauchs entlang dem Dorn und über das untere Ende des Dorns durch den Abstand zwischen dem unteren Ende des Dorns und der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad und dann hinab in das äußere Bad gezogen wird; und
f) der Schaft des Dorns von der Form im Verlauf des Extrudierens ausgefahren wird, um das untere Ende des Dorns nach unten durch das Innere des extrudierten Schlauchs zu bewegen, bis das untere Ende des Dorns in der Nichtlösungsmittelflüssigkeit des äußeren Bads angeordnet ist.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ebenfalls eine Vorrichtung zum Ausbilden eines nahtlosen Zelluloseschlauchfilms bereitgestellt, die versehen ist mit:
(a) einer ringförmigen Extrusionsform, die angeordnet und ausgelegt ist, um einen nahtlosen Schlauch bestehend aus einer thermoplastischen Lösung von nicht derivatisierter Zellulose, einem Tertiäraminoxid-Zelluloselösungsmittel und Wasser durch einen Luftspalt und in ein äußeres Bad einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit nach unten zu extrudieren;
(b) einem von der Extrusionsform nach unten abstehenden Dorn, der innerhalb des extrudierten Schlauchs angeordnet ist;
(c) wobei der Dorn einen Schaft mit kleinem Durchmesser und ein unteres Ende mit größerem Durchmesser aufweist und der Schaft durch die Extrusionsform und zwischen einer ersten Position, in welcher das untere Ende des Dorns oberhalb des Pegels der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad am Beginn des Schlauchextrudierverfahrens und einer zweiten Position ausfahrbar ist, in welcher das untere Ende des Dorns in dem äußeren Bad angeordnet ist, wenn das Schlauchextrudierverfahren fortgesetzt wird
Die vorliegende Erfindung weist ein Nach-Unten-Extrudieren eines Schlauches aus thermoplastischer, nicht derivatisierter Zellulose durch einen langen Luftspalt und in ein Bad aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit auf, wie allgemein in US-A-5 277 857 und US-A-5 451 364 offenbart, wobei diese Patentschriften hier als Referenz dienen. Für die Zwecke dieser Patentschrift bezeichnet "nicht derivatisierte" Zellulose eine Zellulose, die keiner kovalenten Bindung mit einem Lösungsmittel oder Reagens ausgesetzt ist, sondern mittels Assoziation mit einem Lösungsmittel oder Reagens durch Van der Waals-Kräfte wie z. B. einer Wasserstoffbindung aufgelöst worden ist. "Nichtlösungsmittel" bezeichnet eine Flüssigkeit, die kein Zelluloselösungsmittel ist.
In der vorliegenden Erfindung vollzieht sich die Extrusion um einen Dorn, der von der Extrusionsform absteht. Der Dorn weist einen Schaftbereich und einen unteren Endbereich auf, der einen größeren Durchmesser als der Schaft hat. Der Dorn ist lang genug, um sich durch den Luftspalt und in das Bad aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit zu erstrecken. Allerdings ist der Dorn ist aus der Form ausfahrbar, so dass er sich bei der Startphase in einer erhobenen Stellung befindet. Dies ordnet das untere Ende des Dorns über dem Pegel der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem Bad an, wobei im Betrieb der Startphase ein relativ kurzer Dorn vorliegt.
Da der Dorn an diesem Punkt eine relativ kurze Länge aufweist, kann das vordere Ende des extrudierten Schlauches der thermoplastischen nicht derivatisierten Zelluloselösung offen gehalten und relativ leicht entlang des Dornstiels und über dem vergrößerten unteren Ende des Dorns gehalten werden.
In einer bevorzugten Ausführungsform fließt eine ein inneres Bad aufweisende Nichtlösungsmittelflüssigkeit, die durch den Dornstiel eingeleitet wird, an dem Stiel hinunter und bildet einen Pool um dessen vergrößertes unteres Ende. Dies ermöglicht es, dass das vordere Ende des extrudierten Schlauches einfach über das vergrößerte Ende des Dorns gezogen werden kann. Dann wird der extrudierte Schlauch hinunter in das Bad gelassen und für ein Ziehen des extrudierten Schlauches durch das Bad vorzugsweise um angetriebene Walzen geführt.
Nachdem das vordere Ende des extrudierten Schlauches über das untere Ende des Dorns hinaus gezogen worden ist, wird der Dorn so weit aus der Form ausgefahren, bis der Dorn den gesamten Luftspalt überspannt und sich das untere Ende des Dorns unterhalb des Pegels der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem Bad befindet.
Im Verlauf des Ausfahrens des Dorns wird die Stelle, an der das innere Bad durch den Dorn eingeleitet wird, verschoben. Diesbezüglich wird der Ausfluss von der ersten Stelle beendet und ein Ausfluss von einer zweiten Stelle initiiert, die sich unterhalb der ersten befindet. Dies vermeidet den Nachteil, dass das innere Bad im wesentlichen entlang der gesamten Länge des Dorns nach unten fließt, wenn der Dorn auf seine volle Länge ausgefahren wird.
Weitere Aufgaben und Vorteile dieser Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beiliegenden Ansprüche deutlich werden.

Beschreibung der Zeichnungen

Fig. 1 ist eine schematische Ansicht, welche die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung im Verlauf der Extrusion im Dauerbetrieb zeigt;
Fig. 2 und 3 sind Ansichten ähnlich zu Fig. 1, welche die Vorrichtung nur nach der Startphase und vor dem Dauerbetrieb darstellen;
Fig. 4 ist eine teilweise aufgebrochene und in Abschnitten dargestellte Ansicht in einem vergrößerten Maßstab, welche die Dornstruktur bei der Startphase des Extrusionsvorgangs zeigt; und
Fig. 5 ist eine Ansicht ähnlich zu Fig. 4, welche die Dornstruktur nur nach der Startphase und im Verlauf des Dauerbetriebs zeigt.

Ausführliche Beschreibung der Erfindung

Mit Bezugnahme auf die Zeichnungen zeigt Fig. 1 eine im allgemeinen mit 10 gekennzeichnete Vorrichtung im Verlauf des Dauerbetriebs. Die Vorrichtung beinhaltet eine Form 12, die zum Nach-Unten- Extrudieren einer thermoplastischen Zelluloselösung angeordnet ist. Ein Formeinlass 14 nimmt die schmelzflüssige Lösung unter Druck von jeder geeigneten (nicht dargestellten) Quelle auf. Die Quelle kann beispielsweise ein wie in US-A-5 277 857 und US-A-5 451 364 offenbarter Extrudierer sein, der gemahlene Pellets der thermoplastischen Lösung schmilzt und pumpt, oder ein Pumpsystem, das die thermoplastische Lösung während ihrer Zubereitung der Form zuführt. Die Lösung ist im allgemeinen eine Lösung einer natürlichen Zellulose (wie z. B. Holzzellstoff), die in einem N-methyl-morpholin-N- oxid (NMMO) und Wasser aufweisenden Zelluloselösungsmittel aufgelöst ist. Verfahren zur Herstellung einer geeigneten Lösung (die im folgenden als "Dope" bezeichnet wird) für die Extrusion als ein Schlauchfilm sind beim Stand der Technik wohlbekannt und bilden keinen Teil der vorliegenden Erfindung. Auch kann der Fachmann die Zusammensetzung und Eigenschaften einer derartigen Lösung verändern, um erwünschte Eigenschaften des aus der Lösung ausgebildeten Zelluloseartikels zu erhalten. Ebenfalls beeinflussen Verfahrensparameter die Eigenschaften des sich ergebenden Artikels, wobei diesbezüglich auf eine weitere Diskussion derartiger Parameter verwiesen wird, die sich z. B. in US-A- 5 277 857 und US-A-5 451 364 findet.
Die Form weist eine ringförmige Extrusionsöffnung 15 auf, so dass das schmelzflüssige Dope als ein mit 16 gekennzeichneter nahtloser Schlauch extrudiert wird. Zum Zwecke des Extrudierens einer Nahrungsmittelhülle mit einem kleinen Durchmesser beträgt der Durchmesser der Extrusionsöffnung etwa 12- 14 mm. Wie in Fig. 1 dargestellt ist die Form über einem Behälter 18 angeordnet, der ein Nichtlösungsmittelflüssigkeit aufweisendes Bad 20 (das mitunter als ein "äußeres Bad" bezeichnet wird) enthält. Für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bezeichnet "Nichtlösungsmittel" eine Flüssigkeit, die kein Zelluloselösungsmittel ist. Wasser oder eine wässrige Lösung, die eine geringe Konzentration an NMMO enthält, sind für die Zwecke der vorliegenden Erfindung bevorzugte Nichtlösungsmittel. Die Form ist ausreichend mit Abstand über dem Pegel 22 des Bades angeordnet, so dass der Schlauch nach unten durch einen langen Luftspalt 24 extrudiert wird. Dieser Luftspalt kann eine Länge von 381 mm bis 500 mm oder mehr aufweisen.
Von der Form steht ein allgemein mit 26 bezeichneter Dorn nach unten ab, der sich von der Form bis unter den Badpegel 22 erstreckt. Der Dorn weist einen Schaftbereich 28 und ein unteres Ende 30 auf. Der Durchmesser des unteren Endes ist größer als derjenige des Schaftes und vorzugsweise gleich oder am bevorzugtesten größer als der Durchmesser der ringförmigen Extrusionsöffnung 15 der Form 12. Das untere Ende 30 bildet daher eine Anordnung zum diametralen Dehnen oder "Weiten" des extrudierten Schlauchs und wird im folgenden als der Weitungsbereich des Dorns bezeichnet. Das untere Ende des Dorns einschließlich eines konischen Übergangsabschnitts 32 ist vorzugsweise aus einem wasserabweisenden Material wie z. B. Teflon angefertigt und verfügt über eine unterste Endfläche 34, die unter dem Badpegel 22 angeordnet ist.
Wenn der extrudierte Schlauch 16 in das Bad eintritt, wird das NMMO-Lösungsmittel von dem Schlauch gezogen, was eine Regenerierung der aufgelösten Zellulose bewirkt, um einen sogenannten "Gelschlauch" 36 aus reiner Zellulose auszubilden. Dieser Gelschlauch wird durch eine Reihe von Fingern oder Ablenkscheiben 38 flachgelegt. Die Ablenkscheiben 38 fungieren als eine Leiter, um den Schlauch flachzulegen. Vorzugsweise ist die horizontale Position jeder Ablenkscheibe 38, wie in Fig. 1 dargestellt, einstellbar. Durch das Einstellen der horizontalen Beziehung zwischen den Ablenkscheiben kann die korrekte Position ermittelt werden, um den Gelschlauch in knitterungsfrei flachzulegen.
Nach dem Flachlegen wird der Gelschlauch durch eine von angetriebenen Walzen 40 ausgebildete S- Windung gezogen. Die S-Windung und die angetriebenen Walzen dienen dazu, den extrudierten Schlauch 16 in der Maschinenrichtung zu ziehen, was eine Verdünnung der Schlauchwand bewirkt und dem extrudierten Schlauch in dem Luftspalt ein Grad an Ausrichtung in der Maschinenrichtung verleiht. Anschließend wird der Gelschlauch für eine weitere Verarbeitung nach oben und aus dem Badbehälter 18 heraus geführt. Zum Beispiel sollte es sich verstehen, dass der Gelschlauch nach dem Verlassen des Badbehälters immer noch NMMO enthält, so dass ein weiterer Arbeitsgang im Auswaschen bestünde, um so viel NMMO-Zelluloselösungsmittel wie möglich zu entfernen. Ebenfalls würden nachfolgende Arbeitsgänge das Inkontaktbringen des Gelschlauches mit einem Weichmacher wie z. B. Glyzerin oder ähnlichem und ein darauffolgendes Trocknen des Schlauches auf einen erwünschten Wassergehalt beinhalten, während der Schlauch bei einem erwünschten aufgeblähten Durchmesser gehalten wird. Diese nachfolgenden Arbeitsgänge bilden ebenso keinen Teil der vorliegenden Erfindung.
Das in US-A-5 277 857 und US-A-5 451 364 offenbarte Schlauchextrusionsverfahren beinhaltet weiterhin die Einleitung von Luft und einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs 16. Sowohl die Luft wie das Nichtlösungsmittel, das im folgenden als "das innere Bad" bezeichnet wird, werden durch den Dorn eingeleitet. Eine mit dem oberen Ende des Schafts des Dorns 28 verbundene Luftleitung 43 stellt einen Luftstrom durch den Dorn zu (nicht dargestellten) Öffnungen bereit, welche die Luft in das Innere des extrudierten Schlauchs entlüften. Eine Funktion dieser Luft besteht darin, den extrudierten Schlauch beim Beginn des Extrusionsverfahrens offen zu halten. Die Nichtlösungsmittelflüssigkeit für das innere Bad ist in einem Behälter 42 enthalten. Aus dem Behälter wird sie durch eine Durchflussleitung 44 zu einer (nicht dargestellten) Leitung gepumpt, die durch den Dorn verläuft. Eine oder mehrere Anschlüsse in dem Dorn ermöglichen dem inneren Bad den Austritt aus dem Dorn und ein Herabfließen an der Oberfläche des Schafts des Dorns 28. Das innere Bad ist kühler als der extrudierte Schlauch 16, so dass es Wärme von dem extrudierten Schlauch 16 abzieht und die Abkühlung des extrudierten Schlauchs in dem Luftspalt unterstützt. Es wird angenommen, dass eine Kühlung in dem Luftspalt die Eigenschaften des resultierenden Schlauchfilms verbessert.
Das innere Bad fließt an dem Schaft des Dorns 28 hinunter und bildet einen Pool 46 um das untere Ende des Dorns herum aus. Dieser Pool stellt eine Schmierung bereit, damit der extrudierte Schlauch das vergrößerte untere Ende 30 des Dorns durchlaufen kann. Weiterhin startet dieser Pool die Regenerierung der Zellulose an der Innenseite des extrudierten Schlauchs. Das innere Bad fließt zwischen dem unteren Ende des Dorns und dem extrudierten Schlauch hinunter und strömt in das Volumen 48 der Badflüssigkeit innerhalb des Schlauchs und unter die Stirnfläche 34 des Dorns. Ein Teil der Flüssigkeit in diesem Volumen 48 verbleibt innerhalb des Gelschlauchs, wenn er durch die Ablenkscheiben 38 flachgelegt wird. Dieser Flüssigkeitsteil von dem Volumen 48 vermeidet ein Blockieren des flachgelegten Gelschlauches und wird mit dem zwischen den Walzen 40 flachgelegten Schlauch nach außen getragen. Im Verlauf des Betriebs könnte sich eine überschüssige Menge an innerer Badflüssigkeit in dem Volumen 48 ansammeln. Dementsprechend kann es sich als notwendig erweisen, die Flüssigkeit aus diesem Volumen mittels Ansaugen durch eine (nicht dargestellten) Leitung zu entfernen, die über einen (ebenfalls nicht dargestellten) Einlass in der unteren Endfläche 34 des Dorns verfügt. Auf diese Weise kann Flüssigkeit aus diesem Volumen durch den Dorn nach oben gezogen werden, wie durch einen Pfeil 49 gezeigt.
Bei einem Luftspalt 24 mit einer Länge von 381 mm bis zu 500 mm oder noch länger ist die Startphase der Extrusion unter Verwendung eines Dorns 26 schwierig, der die gesamte Länge des Luftspalts überspannt. Oben wurde darauf verwiesen, dass bei dem Start der Extrusion das vordere Ende des extrudierten Schlauchs 16 den Schaft des Dorns nicht kontaktieren darf, wenn das vordere Ende hinunter über den Dorn, über das vergrößerte untere Ende 30 und in das Bad 20 gelegt wird. Dies ist mit einem langen Dorn schwierig zu bewerkstelligen. Obwohl eine Schmierung des Schafts des Dorns mit einem inneren Bad das Hinunterziehen des vorderen Endes des extrudierten Schlauchs über den Dorn erleichtert, stellt eine Einleitung des inneren Bades hoch hinauf den Dorn für eine Schmierung der gesamten Länge des Schafts wie oben erläutert ebenfalls ein Problem dar.
Diese Probleme werden durch das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung gelöst. Diesbezüglich ist der Schaft des Dorns 28 dazu ausgelegt, sich gleitbar durch die Form 12 hindurch zu erstrecken. Bei der Startphase, wie in Fig. 2 dargestellt, wird der Schaft des Dorns 28 angehoben, so dass die untere Endfläche 34 des Dorns in dem Luftspalt 24 sowie ausreichend über dem Badpegel 22 angeordnet wird. Beim Extrusionsbeginn des Schlauches 16 werden Luft durch eine Leitung 43 und ein inneres Bad durch eine Leitung 44 durch den Dorn zu (nicht dargestellten) Dornöffnungen an einer Stelle in der Nähe der Extrusionsöffnung 15 der Form 12 eingeleitet. Die Luft unterstützt es anfänglich, den extrudierten Schlauch offen zu halten, und das eingeleitete innere Bad schmiert die von der Form 12 abstehende kurze Dornstruktur. Die wie in Fig. 2 gezeigte kurze Dornstruktur vereinfacht es, das vordere Ende 50 des extrudierten Schlauchs entlang des Dorns und über das vergrößerte untere Ende 30 zu ziehen. Wenn das vordere Ende des extrudierten Schlauchs über das vergrößerte untere Ende 30 läuft, beginnt das innere Bad den Pool 46 um das vergrößerte untere Ende des Dorns auszubilden. Dann wird das vordere Ende 50 in das Bad 20 ausgedehnt und um die Ablenkscheiben 38 sowie durch die S-Windungswalzen 40 geführt.
Nachdem sich das vordere Ende 50 des extrudierten Schlauchs unter dem untersten Ende 34 des Dorns befindet, wird der Schaft des Dorns 28 wie in Fig. 3 gezeigt nach unten bewegt, um die effektive Länge des Dorns zu erhöhen. Der Schaft fährt mit seiner Bewegung nach unten so lange fort, bis das vergrößerte untere Ende 30 des Dorns für den Dauerbetrieb unter dem Badpegel 22 liegt, wie in Fig. 1 gezeigt. Wenn sich das vergrößerte untere Ende des Dorns nach unten bewegt, hält die durch die Leitung 43 eingeleitete Luft einen erwünschten positiven Druck innerhalb des extrudierten Schlauchs aufrecht.
Im Verlauf der Nach-Unten-Bewegung des Dorns wird die Stelle des Einlasses des inneren Bades von einer Stelle in der Nähe der Form 12 zu einer Stelle umgeschaltet, die viel tiefer an dem Dorn liegt. Dies vermeidet das oben erwähnte Problem, dass das innere Bad mit einer derartigen Geschwindigkeit in einem spiralförmigen Strom um den Schaft fließt, dass Tropfen weggeschleudert werden und mit der Innenseite des extrudierten Schlauchs in Kontakt treten. Jedoch wird, wenn der Schaft des Dorns abgesenkt wird, immer noch Luft an einer höheren Stelle eingeleitet, um das Verlängerungsvolumen zwischen der Innenseite des extrudierten Schlauchs und der Außenfläche des Schafts des Dorns aufzufüllen. Diese Ersatzeinleitung von Luft stellt einen positiven Druck bereit, der ein Einknicken des extrudierten Schlauchs gegen den Dorn und ein Unterbrechen des Extrudiervorgangs verhindert.
Die Domstruktur ist in den Fig. 4 und 5 ausführlicher illustriert. Dabei sollte sich verstehen, dass diese Komponenten für eine bessere Illustration der Dornstruktur nicht notwendiger Weise maßstabsgerecht dargestellt sind.
Wie anhand Fig. 4 ersichtlich weist der Dorn 26 eine feste Hülse 52 auf, die den beweglichen Schaft des Dorns 28 stützt. Die Hülse ist an ihrem oberen Ende 54 an der Form 12 fixiert. Öffnungen 56 und 58 in der Hülse stellen die anfänglichen Auslässe für Luft bzw. das innere Bad bereit, was nachfolgend dargestellt werden wird.
Der bewegliche Schaft 28 erstreckt sich konzentrisch durch die Hülse, so dass die Hülse und der Schaft dazwischen einen ringförmigen Raum 60 ausbilden. An seinem oberen Ende steht dieser Raum mit der in den Fig. 1-3 dargestellten Luftzufuhr 43 in Verbindung. An seinem unteren Ende ist dieser Raum 60 durch eine innere Schulter 62 verschlossen, die gegen den Schaft 28 anliegt. Diese Schulter verschließt nicht nur das untere Endes des Raums 60, sondern stellt auch ein Gegenlager für den Schaft bereit, wenn dieser nach unten ausgefahren wird.
Der Schaft des Dorns 28 wird durch konzentrische Schläuche einschließlich eines äußeren Schlauches 64 und eines inneren Schlauches 66 ausgebildet. Diese Schläuche 64, 66 legen dazwischen einen ringförmigen Raum 68 fest. Der Raum 68 ist an seinem unteren Ende 70 durch eine Kappe 72 über dem Ende des äußeren Schlauches verschlossen. Das obere Ende des Raums 68 steht mit der Durchflussleitung 44 des inneren Bades aus den Fig. 1-3 in Verbindung.
Der innere Schlauch 66 erstreckt sich nach unten durch die Endkappe 72. Um das untere Ende des inneren Schlauches ist das vergrößerte untere Ende 30 des Dorns einschließlich seines konischen Übergangsabschnitts 32 befestigt. Der innere Schlauch 66 weist eine Öffnung seines untersten Endes 76 auf, die durch die unterste Endfläche 34 des vergrößerten unteren Endes 30 des Dorns verläuft. Das obere Ende des inneren Schlauches 66 steht mit einer (nicht dargestellten) Vakuumquelle zum Zwecke des Ansaugens der Badflüssigkeit hinauf durch den inneren Schlauch, wie durch den Pfeil 49 gezeigt, in Verbindung.
Die konische Übergangsabschnitt 32 weist an einem Ende 74 einen Durchmesser auf, der etwa gleich groß wie der Durchmesser der Hülse 52 ist. An seinem anderen Ende erweitert sich der konische Abschnitt nach außen auf den vollen Durchmesser des vergrößerten unteren Endes 30 des Dorns. Vorzugsweise sind das vergrößerte untere Ende des Dorns und sein konischer Übergangsabschnitt aus einem Material mit niedriger Reibung wie z. B. Teflon gefertigt.
Der Durchmesser des vergrößerten unteren Endes 30 des Dorns beträgt vorzugsweise zwischen etwa dem 1,5- und dem 2,5-Fachen des Durchmessers der Extrusionsöffnung 15. Dies verleiht dem extrudierten Schlauch eine transversale Dehnung und trägt zur Festlegung des erwünschten Gelschlauchdurchmessers bei. Ebenfalls trägt die Länge des vergrößerten unteren Endes 30 zur Abmessungsstabilität des Gelschlauches bei, der ausgebildet wird. Eine Länge von etwa 50 mm wird bei vollem Durchmesser bevorzugt.
Die Oberfläche des vergrößerten unteren Endes 30 ist mit einer Reihe von vertikal mit Zwischenraum angeordneten Umfangsnuten 33 versehen, die durch vertikale Kanäle 35 miteinander verbunden sind. Diese Nuten und Kanäle ermöglichen das Entweichen von Luft aus dem Bereich um das untere Ende des Dorns wie nachstehend ausführlicher beschrieben.
Auf dem kleineren Ende 74 des konischen Abschnitts 32 ist ein O-Ring oder ein anderes geeignetes Dichtbauteil 78 angeordnet. Befindet sich der Schaft in der in Fig. 4 dargestellten Position, liegt das Dichtbauteil 78 gegen das untere Ende 79 der Hülse 52 an, um das untere Ende der Hülse abzudichten.
Um die Struktur zu vervollständigen, weist der äußere Schlauch 64 des Schafs des Dorns 28 eine Mehrzahl von vertikal entlang seiner Länge mit Zwischenraum angeordneten Anschlüssen 80, 82 auf. Befindet sich der Schaft 28 in der in den Fig. 2 und 4 gezeigten Position, so dass sich der Dorn 26 bei seiner kürzesten von der Form 12 abstehenden Länge befindet, werden die unteren Anschlüsse 82 durch die innere Schulter 62 der Hülse geschlossen (Fig. 4), während sich die über der inneren Schulter angeordneten oberen Anschlüsse 80 zu dem Raum 60 öffnen.
Der Betrieb wird nun beginnend mit Bezug auf die Fig. 2 und 4 beschrieben werden. Bei dem Beginn der Extrusion ist der Schaft des Dorns 28 in einer erhobenen Stellung, so dass er sich wie in Fig. 2 gezeigt durch die Form 12 erstreckt. Dies platziert den Dorn 26 an seiner kürzesten abstehenden Länge, was die unterste Endfläche 34 des Dorns mit ausreichendem Abstand über dem Badpegel 22 anordnet (Fig. 2). Die Dornkomponenten sind wie in Fig. 4 positioniert.
Ein das innere Bad aufweisendes Nichtlösungsmittel wird durch die Leitung 44 und in den Raum 68 zwischen den inneren und äußeren Leitungen 66 bzw. 64 gepumpt, die den Schaft 28 bilden. Das innere Bad füllt diesen Raum auf und läuft durch die Anschlüsse 80 in den Raum 60 zwischen dem Schaft 28 und der ihn umgebenden Hülse 52. Das innere Bad füllt den Raum 60 bis zu dem Pegel der Öffnungen 58 auf. Dann ergießt sich das innere Bad aus diesen Öffnungen 58, läuft an der Außenfläche der Hülse 52 hinunter und über das vergrößerte untere Ende 30 des Dorns. Von dem unteren Ende des Dorns herabtropfende Flüssigkeit fällt in das Bad 20.
Zur gleichen Zeit wird Luft durch die Leitung 43 und in den Raum 60 eingeleitet. Die auf diese Weise eingeleitete Luft wird von der Hülse durch mindestens die Öffnungen 56 entlüftet, die auf der Hülse etwas höher als die Öffnung 58 liegen.
Die Extrusion wird gestartet und das vordere Ende des extrudierten Schlauchs 16 wird nach unten und über die Hülse 52 gezogen. Die sich aus den Öffnungen 58 ergießende innere Badflüssigkeit fließt entlang der Außenfläche der Hülse nach unten. Dies stellt eine Schmierung bereit, um zu verhindern, dass sich der extrudierte Schlauch bei einem möglichen Kontakt an der Hülse anhaftet. Luft aus den Öffnungen 56 trägt dazu bei, den extrudierten Schlauch offen und weg von der Hülsenoberfläche zu halten, wenn der Schlauch entlang der Hülse nach unten gezogen wird. Wenn das vordere Ende 50 des extrudierten Schlauchs gedehnt und über das vergrößerte untere Ende 32 des Dorns gezogen wird (Fig. 2), sammelt sich das innere Bad in dem Pool 46 an, der sich um das untere Ende des Dorns herum bildet. Nichtlösungsmittelflüssigkeit wird von diesem Pool zwischen der Innenseite des extrudierten Schlauchs und der Außenfläche des vergrößerten unteren Endes abgeführt, um diese Fläche zu schmieren und ein Ziehen des extrudierten Schlauchs 16 über das untere Ende des Dorns zu ermöglichen.
Dann läuft das vordere Ende 50 des extrudierten Schlauchs in das äußere Bad 20, um den Gelschlauch 36 auszubilden (Fig. 3). Der Gelschlauch wird um die Ablenkscheiben 38 geführt, um den Schlauch flachzulegen. Dann wird der flachgelegte Gelschlauch 36 durch die S-Windungswalzen 40 gezogen und schließlich aus dem Behälter 18 herausgeführt (Fig. 1). Nachdem sich das vordere Ende des extrudierten Schlauchs unter dem untersten Ende 34 des Dorns befindet, wird der Schaft des Dorns 28 mittels Rutschen durch die Form 12 abgesenkt.
Bei dem Ausfahren des Schafts 28 bewegt sich die O-Ringdichtung 78 aus dem Eingriff mit dem unteren Ende 79 der Hülse heraus. Wenn sich die unteren Anschlüsse 82 über die innere Schulter 62 der Hülse hinaus bewegt haben, fließt innere Badflüssigkeit in das Hülsenvolumen 84 unter der Schulter, die durch die Kappe 72 freigegeben wird. Um die Kappe herum kann ein geringe Versickerung des inneren Bades auftreten. Allerdings hält der Hauptdurchfluss durch diejenigen Anschlüsse 80, die immer noch über der inneren Schulter und zu dem Raum 60 hin angeordnet sind, an, so dass das innere Bad immer noch aus den Hülsenöffnungen 58 austritt.
Wenn sich die Kappe 72 in der Nähe des unteren Endes 79 der Hülse befindet (Fig. 5), läuft die in dem Volumen 84 enthaltene innere Badflüssigkeit aus und fließt über die Kappe. Jetzt kann die innere Badflüssigkeit von dem Raum 68 direkt aus den Anschlüssen 82 unter der Schulter 62 der Hülse, entlang des Schafts 28 und der Kappe zu dem vergrößerten untere Enden 30 des Dorns fließen. Ein Entblockieren der Kappe 72 durch das untere Ende der Hülse 79 beendet den Ausstrom von innerem Bad durch die Öffnung 58 heraus und hoch hinauf auf die Hülse, da die innere Badflüssigkeit nun direkt in den Luftspalt 24 von den Öffnungen 82 in dem Schaft des Dorns 28 einströmen kann.
Wenn der Schaft 28 nach unten ausgefahren wird, fährt die Luft fort, von den Hülsenöffnungen 56 aus- und in den extrudierten Schlauch einzuströmen. Die Einleitung von Luft in das wachsende Volumen zwischen dem Schaft des Dorns und dem extrudierten Schlauch 16 hält einen Differentialdruck über dem extrudierten Schlauch aufrecht, um ein Einknicken des extrudierten Schlauches gegen den Schaft des Dorns 28 zu verhindern.
Wenn der Schaft vollständig ausgefahren ist, liegt das vergrößerte untere Ende 30 des Dorns für den Extrusionsdauerbetrieb nahe dem Badpegel 22 des äußeren Bades 20, wie in den Fig. 1 und 5 dargestellt. Während der Extrusion im Dauerbetrieb wird der Pegel des Pools 46 um das untere Ende des Dorns etwas höher als der Pegel 22 des äußeren Bades 20 gehalten, und zwar etwa 50-60 mm. Bei diesem Pegel übt der Pool 46 einen ausreichenden inneren Druck auf den extrudierten Schlauch 16 aus, um den Schlauch mit radialem Abstand von dem Ende 79 der Hülse zu halten, wenn der extrudierte Schlauch einknickt. Ebenfalls hält dieser Poolpegel das untere Ende des extrudierten Schlauchs flachgelegt, um den Übergang des extrudierten Schlauchs über den größeren Durchmesser des vergrößerten unteren Endes 30 des Dorns zu erleichtern. Dieser höhere Pool- oder innere Badpegel wird primär dadurch aufrechterhalten, dass der Luftdruck innerhalb des extrudierten Schlauchs, der durch die Einleitung von Luft aus der Leitung 43 bereitgestellt ist, gesteuert wird. Diesbezüglich wird der Pegel des Pools 46 visuell überwacht, und das Volumen der durch die Leitung 43 (Fig. 1) eingeleiteten Luft wird manuell eingestellt, um den Pool auf dem erwünschten Pegel zu halten.
Im Verlauf der Extrusion können Gasblasen an der Grenzfläche zwischen dem extrudierten Schlauch und dem untere Ende des Dorns auftreten. Die Umfangsnuten 33 und die diese Nuten verbindenden vertikalen Kanäle 35 stellen eine Anordnung zum Durchlass dieser Gasblasen in das Volumen 48 unter der untersten Endfläche 34 des Dorns bereit. Sollte das Gas oder die innere Badflüssigkeit in dem Volumen 48 übermäßig werden, kann es/sie mittels Hochsaugen durch den inneren Schlauch 66 wie oben beschrieben abgeführt werden.
Daher tritt wie in Fig. 5 dargestellt während des Dauerbetriebs durch den langen Luftspalt das innere Bad aus Anschlüssen 82 in dem Schaft des Dorns 28 aus. Diese Anschlüsse 82 liegen an der Dornstruktur wesentlich weiter unten als die Öffnungen 58, aus denen das innere Bad bei der Startphase ausgeströmt wurde. Dies vermeidet das oben erwähnte Problem, das durch den spiralförmigen Fluss des inneren Bades entlang der im wesentlichen gesamten Länge des Dorns nach unten bewirkt wird.
Die Hülse 52 verbleibt mit ihrem steif mit der Form verbundenen oberen Ende 54 feststehend. Dies ermöglicht es, dass die innere Schulter 62 ein Gegenlager für den ausgefahrenen Schaft des Dorns bei einer von der Form mit Abstand angeordneten Stelle bereitstellt. Die durch dieses Gegenlager ermöglichte Stabilität ist besonders in Fällen bevorzugt, wo der Schaft einen ausreichend kleinen Durchmesser aufweist, um einen Abstand von der Innenseite eines extrudierten Schlauchs mit einem kleinen Durchmesser bereitzustellen. Zum Beispiel weist der extrudierte Schlauch 16 beim Austritt aus der Form 12 einen Durchmesser auf, der nur 12,7 mm beträgt. Der extrudierte Schlauch kühlt sich in dem Luftspalt ab und kontrahiert sich, so dass sein Durchmesser kleiner wird. Das Ziehen durch den Luftspalt in der Maschinenrichtung bewirkt ein Zusammenziehen des Schlauches, was zu einer weiteren Reduzierung des Durchmessers führt. Folglich kann der extrudierte Schlauch 16 mit einem Anfangsdurchmesser von 12,7 mm an einer beliebigen Stelle entlang des Schafts 28 einen Durchmesser von etwa 6,55 mm aufweisen. Das bedeutet, dass der Schaft sogar einen noch kleineren Durchmesser aufweisen muss, um einen radialen Abstand zwischen ihm und dem extrudierten Schlauch 16 bereitzustellen.
An dem unteren Ende des Dorns wird der Durchmesser des extrudierten Schlauchs bei seiner Überquerung des vergrößerten Endes 30 gedehnt. Die Tiefe des Pools 46 und der sich ergebende Kopfdruck unterstützen das Öffnen und Dehnen des extrudierten Schlauchs, um seine Überleitung über diesen Dornbereich zu erleichtern.
Somit versteht sich, dass das Verfahren und die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung die ihr gestellten Aufgaben lösen. Der ausfahrbare Dorn erleichtert den Betrieb der Startphase und stellt dem extrudierten Schlauch während einer Extrusion im Dauerbetrieb durch einen langen Luftspalt mit einer Länge von bis zu 500 mm oder mehr Stabilität und Abstützung bereit. Bei der Startphase wird das innere Bad bei einer höher liegenden Stelle eingeleitet, um sicherzustellen, dass die Länge des Dorns bei der Startphase geschmiert wird, wodurch ein Anhaften des vorderen Endes des extrudierten Schlauches vermieden wird, sollte dieser mit dem Dorn in Kontakt treten. Anschließend wird die Einleitung auf eine höher liegende Stelle umgeschaltet, um zu vermeiden, dass das innere Bad einen spiralförmigen Durchfluss nach unten und um den langen Schaft des Dorns herum annimmt. Wie oben erwähnt ermöglicht ein derartiger spiralförmiger Durchfluss das Wegschleudern von Tropfen des inneren Bades von dem Dorn und deren Aufprall auf die Innenseite des extrudierten Schlauches. Dies führt nachfolgend zu weichen Stellen in dem resultierenden Zelluloseschlauchfilmprodukt.
Obgleich ausführlich eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung beschrieben worden ist, versteht sich, dass Modifizierungen von ihr erfolgen können, ohne den beanspruchten Rahmen der Erfindung zu verlassen. Zum Beispiel kann die Hülse 52 auch durch die Form gleitbar angeordnet sein, anstatt dass wie dargestellt ihr eines Ende 54 an der Form befestigt ist. Ebenso können die exakte Zusammensetzung des extrudierten Dopes, die Extrusionsraten, Zugverhältnisse und weitere Verfahrensparameter je nach Wunsch verändert werden, um erwünschte Eigenschaften des sich ergebenden Schlauchfilms zu bewerkstelligen. Ähnlich dazu kann eine Veränderung der Abmessungen der Dornstruktur zu sich verändernden Filmeigenschaften führen, was beim Stand der Technik bekannt ist. Beispielsweise kann eine Erhöhung der Länge des vergrößerten unteren Endes des sich in das äußere Bad erstreckenden Dorns einen sich ergebenden Film mit einer erhöhten diametralen Gleichförmigkeit bereitstellen.

Claims

1. Verfahren zum Ausbilden eines nahtlosen Zelluloseschlauchfilms aus einer thermoplastischen Lösung, die aus nicht derivatisierter Zellulose, einem Tertiäraminoxid-Zelluloselösungsmittel und Wasser besteht, wobei im Zuge des Verfahrens:

a) die Lösung nach unten von einer ringförmigen Form (12) in ein äußeres Bad (20) einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit extrudiert wird, um einen nahtlosen extrudierten Schlauch (16) der Lösung zu bilden, wobei das Extrudieren durch einen Luftspalt (24) von mindestens 304 mm gemessen zwischen der Form und der Oberfläche (22) der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad erfolgt;

b) das Extrudieren um einen Dorn (26) erfolgt, der von der Form nach unten absteht und einen Schaft (28) mit kleinem Durchmesser und ein größeres unteres Ende (30) aufweist, dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft des Dorns aus der Form ausfahrbar ist, um den Abstand des unteren Endes des Dorns von der Form zu verändern, und dass im Zuge des Verfahrens ferner:

c) der Schaft des Dorns in die Form zurückgezogen wird, um das untere Ende des Dorns in dem Luftspalt derart anzuordnen, dass das untere Ende des Dorns oberhalb der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad liegt;

d) mit dem Extrudieren des nahtlosen Schlauchs begonnen wird, wenn das untere Ende des Dorns oberhalb der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem Bad angeordnet ist;

e) das vordere Ende des extrudierten Schlauchs entlang dem Dorn und über das untere Ende des Dorns durch den Abstand zwischen dem unteren Ende des Dorns und der Oberfläche der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad und dann hinab in das äußere Bad gezogen wird; und

f) der Schaft des Dorns von der Form im Verlauf des Extrudierens ausgefahren wird, um das untere Ende des Dorns nach unten durch das Innere des extrudierten Schlauchs zu bewegen, bis das untere Ende des Dorns in der Nichtlösungsmittelflüssigkeit des äußeren Bads angeordnet ist.

2. Verfahren nach Anspruch 1, bei welchem mit dem Extrudieren begonnen wird, nachdem der Dorn (26) so angeordnet ist, dass seine untere Stirnseite (34) im kürzesten Abstand von der Form (12) angeordnet ist.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei welchem ferner:

a) ein inneres Bad aus Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs an einer ersten Stelle benachbart der Form eingebracht wird, bevor ein vorderes Ende des extrudierten Schlauchs über das untere Ende des Dorns gezogen wird, und die eingeführte Nichtlösungsmittelflüssigkeit nach unten und über das untere Ende des Dorns und in das äußere Bad eingebracht wird;

b) das Einbringen des inneren Bades an der ersten Stelle fortgesetzt wird bis das hintere Ende des extrudierten Schlauchs über das untere Ende des Dorns gezogen wurde;

c) der Schaft des Dorns von der Form ausgefahren wird und das untere Ende des Dorns durch das Innere des extrudierten Schlauchs bewegt wird bis das untere Ende des Dorns unterhalb des Pegels der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad liegt;

d) das Einführen des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit von der ersten Stelle beendet wird; und

e) das innere Bad einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs an einer zweiten Stelle eingebracht wird, die von der ersten Stelle nach unten beabstandet ist und oberhalb des unteren Endes des Dorns liegt.

4. Verfahren nach Anspruch 3, bei welchem ferner Luft in das Innere des extrudierten Schlauchs an einer Stelle benachbart der Form und oberhalb der ersten Stelle zum Einbringen des inneren Bades in das Innere des extrudierten Schlauchs eingebracht wird.

5. Verfahren nach Anspruch 3 oder Anspruch 4, bei welchem Luft in das Innere des extrudierten Schlauchs eingebracht wird, während der Schaft des Dorns aus der Form ausgefahren wird.

6. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 5, bei welchem ferner ein Pool (46) des inneren Bades um das untere Ende des Dorns gebildet wird und der Pegel der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem Pool oberhalb des Pegels der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad gehalten wird.

7. Verfahren nach einem der Ansprüche 3 bis 6, bei welchem das Einbringen des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs an der ersten Stelle die nachfolgenden Schritte umfasst:

(a) Positionieren des Dornschafts (28) in einer Hülse (52), die ein oberes Ende (54) aufweist, welches an der Form (12) befestigt ist, wobei die Hülse und der Dornschaft einen ringförmigen Kanal (60) zwischen sich bilden und die Hülse Öffnungen (58) aufweist, welche die erste Stelle zum Einbringen des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit bestimmen;

(b) Fördern des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit durch eine Leitung (68) in dem Dornschaft zu Anschlüssen, die mit dem ringförmigen Kanal kommunizieren;

(c) Herstellen einer Dichtung zwischen der Hülse und einem Teil des Dornschafts unterhalb der Anschlüsse, um das untere Ende des ringförmigen Kanals abzudichten;

(d) Durchleiten des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit durch die Anschlüsse und in den ringförmigen Kanal und Füllen des ringförmigen Kanals mit dem inneren Bad der Nichtlösungsmittelflüssigkeit bis zu dem Pegel der Öffnungen in der Hülse; und

(e) Austretenlassen des inneren Bades der Nichtlösungsmittelflüssigkeit von den Öffnungen und in das Innere des extrudierten Schlauchs.

8. Verfahren nach Anspruch 7, bei welchem das Einbringen des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs an der zweiten Stelle die nachstehenden Schritte umfasst:

(a) Ausfahren des Dornschafts durch die Hülse bis die Anschlüsse unterhalb der Dichtung liegen; und

(b) Ausströmenlassen des inneren Bades der Nichtlösungsmittelflüssigkeit durch die Anschlüsse und direkt in das Innere des extrudierten Schlauchs, wobei das innere Bad nach unten entlang dem Dornschaft strömt, um einen Pool (46) einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit um das untere Ende des Dorns zu bilden.

9. Verfahren nach Anspruch 8, bei welchem der Schritt des Beendens des Einführens des inneren Bades einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit von der ersten Stelle dadurch bewirkt wird, dass die Anschlüsse unter die Dichtung bewegt werden.

10. Verfahren nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei welchem ferner der Pegel der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem Pool gesteuert wird, indem der Luftdruck innerhalb des extrudierten Schlauchs gesteuert wird.

11. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem ferner Nichtlösungsmittelflüssigkeit von einem Volumen unterhalb des unteren Endes des Dorns und innerhalb des extrudierten Schlauchs abgezogen wird, indem sie durch eine axiale Leitung in dem Dornschaft nach oben abgezogen wird.

12. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem die thermoplastische Lösung durch einen Luftspalt von 381 mm bis 500 mm extrudiert wird.

13. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei welchem der Durchmesser des unteren Endes des Dorns größer als der extrudierte Durchmesser des extrudierten Schlauchs ist, um den Durchmesser des extrudierten Schlauchs zu dehnen, wenn dieser über das untere Ende des Dorns geführt wird.

14. Vorrichtung zum Ausbilden eines nahtlosen schlauchförmigen Zellulosefilms, versehen mit:

a) einer ringförmigen Extrusionsform (12), die angeordnet und ausgelegt ist, um einen nahtlosen Schlauch (16) bestehend aus einer thermoplastischen Lösung von nicht derivatisierter Zellulose, einem Tertiäraminoxid-Zelluloselösungsmittel und Wasser durch einen Luftspalt (24) und in ein äußeres Bad (20) einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit nach unten zu extrudieren;

b) einem von der Extrusionsform nach unten abstehenden Dorn, der innerhalb des extrudierten Schlauchs angeordnet ist;

c) wobei der Dorn einen Schaft (28) mit kleinem Durchmesser und ein unteres Ende (30) mit größerem Durchmesser aufweist;

dadurch gekennzeichnet, dass der Schaft durch die Extrusionsform und zwischen einer ersten Position, in welcher das untere Ende des Dorns oberhalb des Pegels (22) der Nichtlösungsmittelflüssigkeit in dem äußeren Bad am Beginn des Schlauchextrudierverfahrens und einer zweiten Position ausfahrbar ist, in welcher das untere Ende des Dorns in dem äußeren Bad angeordnet ist, wenn das Schlauchextrudierverfahren fortgesetzt wird.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, bei welcher der Dorn eine Anordnung aufweist, um ein inneres Bad einer Nichtlösungsmittelflüssigkeit in das Innere des extrudierten Schlauchs an einer ersten Stelle benachbart der Form am Beginn des Schlauchextrudierverfahrens einzubringen und anschließend das innere Bad an einer zweiten Stelle einzubringen, die in Abstand unterhalb der ersten Stelle liegt, wenn der Schaft durch die Extrusionsform ausgefahren wurde.

16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder Anspruch 15, bei welcher der Dorn versehen ist mit:

(a) einer Hülse (52), die von der Extrusionsform nach unten absteht und um den Schaft angeordnet ist, so dass die Hülse und der Schaft einen ringförmigen Raum (60) zwischen sich bilden;

(b) wobei das obere Ende (54) der Hülse an der Extrusionsform angebracht ist und der Schaft durch die Hülse ausfahrbar ist;

(c) wobei die Hülse über eine innere Schulter (62) verfügt, die in Abstand von dem oberen Ende angeordnet ist und ein Gegenlager für den Schaft bildet, wenn der Schaft ausgefahren ist und zwischen der ersten und der zweiten Position steht.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, bei welcher

(a) der ringförmige Raum einen Kanal für die Nichtlösungsmittelflüssigkeit des inneren Bades bildet;

(b) der Dorn eine Dichtungsanordnung zwischen dem Schaft und der Hülse aufweist, um das untere Ende des Kanals zu verschließen; und

(c) die Hülse über einen ersten Satz von Öffnungen (58) benachbart der Form verfügt, um Flüssigkeit des inneren Bades aus dem Kanal herauszuführen, wobei die Öffnungen die erste Stelle zum Einbringen des inneren Bades in das Innere des extrudierten Schlauchs bestimmen.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, bei welcher

(a) der Schaft eine innere Leitung (68) für die Nichtlösungsmittelflüssigkeit des inneren Bades aufweist, wobei die Leitung ein oberes Ende aufweist, welches mit einer Quelle (44) für Nichtlösungsmittelflüssigkeit verbunden ist; und

(b) der Schaft eine Mehrzahl von Anschlüssen aufweist, die für eine Verbindung zwischen der inneren Leitung und dem Kanal sorgen, wobei die Anschlüsse in dem Schaft oberhalb der Dichtungsanordnung angeordnet sind, wenn der Schaft nicht von der Form ausgefahren ist, so dass Nichtlösungsmittelflüssigkeit, die von der Quelle und durch die innere Leitung strömt, aus den Anschlüssen heraustritt, den Kanal bis zu dem Pegel der Öffnungen an der ersten Stelle füllt und dann aus den Öffnungen in das Innere des extrudierten Schlauchs austritt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, bei welcher die innere Schulter (62) die Dichtungsanordnung bildet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 18 oder Anspruch 19, bei welcher die Anschlüsse unterhalb der Dichtungsanordnung liegen und für eine direkte Verbindung zwischen der Leitung und dem Inneren des extrudierten Schlauchs sorgen, wenn der Schaft von der Form ausgefahren ist, wobei die Anschlüsse dadurch die zweite Stelle zum Einbringen der Nichtlösungsmittelflüssigkeit von dem inneren Bad in das Innere des extrudierten Schlauchs bestimmen.

21. Vorrichtung nach einem Ansprüche 18 bis 20, bei welcher der Schaft eine innere Röhre (66) und eine konzentrische äußere Röhre (64) aufweist, wobei der Raum zwischen der inneren Röhre und der äußeren Röhre die innere Leitung für die Nichtlösungsmittelflüssigkeit des inneren Bades bildet.

22. Vorrichtung nach Anspruch 21, bei welcher die innere Röhre eine Einlassöffnung in einer unteren Stirnfläche (34) des unteren Endes (30) des Dorns aufweist, wobei die innere Röhre sich nach oben durch die Form erstreckt und ihr oberes Ende mit einer Vakuumquelle verbunden ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 22, bei welcher das untere Ende des Dorns einen größeren Durchmesser als die Hülse aufweist und die Dichtungsanordnung einen O-Ring aufweist, der auf dem unteren Ende des Dorns sitzt und sich gegen das untere Ende der Hülse anlegt wenn der Schaft in der ersten Position steht.

24. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 17 bis 23, bei welcher der Raum (60) zwischen dem Schaft und der Hülse mit einer Quelle (43) für Druckluft verbunden ist und die Hülse über einen zweiten Satz von Öffnungen (56) verfügt, die oberhalb des ersten Satzes zum Einbringen von Luft in das Innere des extrudierten Schlauchs angeordnet sind.